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Programação em Ladder
Composição de um programa em Ladder
Um programa escrito em Ladder é constituído por um conjunto de sequências ( rungs ) que são executados sequencialmente pelo autómato. Uma sequência é composta por um conjunto de elementos gráficos limitados à esquerda e à direita por linhas de energia ( power rails ). Os elementos gráficos representam: ? I/O do autómato (interruptores, sensores, indicadores, relés, etc.). ? Blocos funcionais (temporizadores, contadores, etc.). ? Operações aritméticas e lógicas. ? Variáveis internas do autómato.
Cada sequência contém no máximo 7 linhas e 11 colunas que se encontram dividas em na zona de teste, onde se encontram as condições necessárias para a execução das acções, e na zona de actuação, onde se encontram as acções que são executadas dependendo do resultado da zona de teste.
figura 9 – estrutura de uma sequência
Os objectos gráficos estão divididos em três categorias – básicos, blocos funcionais e blocos de operação – e encontram-se representados e descritos nas tabelas seguintes.
figura 10 – elementos gráficos
Uma sequência pode ainda conter uma etiqueta e comentários. Uma etiqueta (%L) é utilizada para identificar uma sequência no programa ou rotina mas não é obrigatória. As etiquetas são também utilizadas para permitir saltos entre sequências. Os comentários são integrados nas sequências e permitem uma melhor compreensão mas não são obrigatórios.
Exemplo de criação e edição de um programa em Ladder
Pretende-se desenvolver o sistema de controlo para o depósito (apresentado para o caso da programação em IL) baseado num autómato programável cuja programação deve ser efectuada através da linguagem Ladder.
Implementação do Sistema de Controlo
Comece por criar uma nova aplicação. Arranque o software PL7 Junior e seleccione File/New. Identifique o autómato programável com que esta a trabalhar – TSX Micro 37- 21/22 V2.0 – e seleccione No na opção de Grafcet.
Configure a aplicação para o seu autómato, defina as variáveis e a tabela de animação. Na janela Application Browser seleccione STATION/ Configuration/ Hardware Configuration : ? Adicione o módulo TSX DMZ 28 DR na posição 1.
? Confirme a alteração no botão.
Na janela Application Browser seleccione STATION/ Variables/ I/O : ? No modulo 1: TSX DMZ 28 DR defina as entradas. ? No modulo 2: TSX DMZ 28 DR defina as saídas.
Entradas Saídas
ARRANQUE (%I1.1) PARAGEM(%I1.2) SUPERIOR (%I1.3) INFERIOR (%I1.4)
BOMBA (%Q2.1) LUZ (%Q2.2)
tabela 2 – entradas e saídas do controlador
Na janela Application Browser seleccione STATION/ Variables/ Memory Objects : ? Defina uma variável interna para guardar o estado do sistema - ESTADO (%M0).
Para este exemplo vamos utilizar um bloco funcional pré definido do autómato: o temporizador. A sua utilização passa por uma definição prévia de um conjunto de valores.
No caso do temporizador (%TM0) é necessário definir o valor da temporização, o modo de funcionamento (TP, TON ou TOF) e a base de tempo associada. Na janela Application Browser seleccione STATION/ Variables/ PredefinedFB : ? Seleccione a opção Parameters e o tipo TM. ? Defina o valor Preset para a temporização pretendida (5 segundos), seleccione o modo TP e escolha para base de tempo ( TB ) 1 sec.
Na janela Application Browser seleccione STATION/ Animation Table/ Create : ? Adicione as variáveis de entrada e de saída à tabela de animação.
? Adicione as variáveis internas à tabela de animação. ? Adicione o valor actual (.V) do bloco pré-definido à tabela de animação.
? Confirme a alteração no botão.
Edição do Programa
Abra o editor em Station/ Program/ MAST Task/ Main. Seleccione a linguagem de programação LD. No editor, introduza o programa, dividido em diversas sequências, correspondente ao esquema de funcionamento do sistema. Para o exemplo actual, uma solução possível para o programa seria a apresentada na figura 6.
figura 12 – programa em LD
Programação em Grafcet
Composição de um programa em Grafcet (GR7)
O Grafcet é uma linguagem que permite descrever sistemas de controlo sequenciais de forma gráfica e estruturada. Esta descrição é efectuada utilizando objectos gráficos que representam: ? Etapas – às quais podem ser associadas acções^3.
? Transições – às quais podem ser associadas condições de transição. ? Arcos direccionados – ligam uma etapa a uma transição ou uma transição a uma etapa.
Editor gráfico
O diagrama é construído utilizando o editor gráfico que se encontra na figura seguinte.
figura 13 – Editor de GR7 do PL7 Junior
(^3) Indicam o que deve ser realizado quando a etapa associada está activa (em particular descrevem os
comandos que devem ser enviados para o sistema físico ou para outros sistemas de controlo).
O editor suporta 8 páginas, referenciadas de 0 a 7 na barra de estado. Cada página apresenta a forma de uma matriz com 14 linhas e 11 colunas que definem 154 células. Uma mesma página pode conter vários diagramas. Apenas pode ser colocado um objecto – etapa, transição, etc. – por célula.
Cada página do editor tem dois tipos de linhas: ? Linhas de etapas – onde podem ser colocadas etapas, macro-etapas^4 e conectores. ? Linhas de transição – onde podem ser colocadas transições e conectores fonte.
Os comentários são objectos independentes, que não estão associados a etapas ou transições, que podem ser introduzidos em qualquer um dos tipos de linha.
figura 14 – Página de GR
Objectos gráficos
Os objectos gráficos que podem ser utilizados para construir os diagramas (apresentados da figura 15 à figura 20) são os seguintes: ? Etapas (inicial ou simples) – podem-se associar acções (expressas em LD, ST ou IL). ? Etapa + transição.
? Transições – são associadas condições de transição (receptividades) às transições (expressas em LD, ST ou IL). ? Arcos orientados. ? Conectores. ? Comentários.
(^4) Não suportado pelo TSX 37-21/
figura 19 - conectores
figura 20 – comentários
Objectos específicos do GR
Existe um conjunto de objectos que são específicos da programação em GR7: ? Objectos ( bits ) associados às etapas - %Xi.
? Objectos ( bits ) do sistema associados ao GR7 - %S21, %S22, %S23 e %S26. ? Objectos ( words ) associados às etapas e que indicam o tempo de actividade das mesmas - %Xi.T. ? Objectos ( words ) do sistema associadas ao GR7 - %SW20 e %SW21.
Os objectos associados às etapas - %Xi - tomam o valor 1 quando a respectiva etapa está activa. O seu valor pode ser testado em todas as tarefas de processamento mas apenas pode ser modificado no pré processamento da tarefa principal.
Os objectos que indicam o tempo de actividade das etapas - %Xi.T - são incrementados de 100 em 100 ms e apresentam à quanto tempo a etapa está activa em ( ms ). Quando uma etapa é activada, o conteúdo deste objecto é colocado a zero e passa a ser incrementado enquanto esta se mantiver activa. Quando uma etapa é desactivada o seu conteúdo é mantido.
Acções associadas com etapas
Cada etapa pode ter acções associadas (programadas em LD, ST ou IL) que apenas são executadas enquanto a etapa a que se encontram associadas estiver activa. São admissíveis três tipos de acções que podem ser utilizadas em simultâneo numa mesma etapa: ? Acções na activação – executadas assim que a etapa a que estão associadas se torna activa (e apenas nessa altura). ? Acções contínuas – executas continuamente enquanto a etapa a que estão associadas se encontra activa.
? Acções na desactivação – executadas quando a etapa a que estão associadas é desactivada (e apenas nessa altura).
As regras de programação das etapas são as seguintes: ? Todas as acções são tratadas como acções memorizadas, consequentemente: ? Uma acção que é controlada pela duração de uma etapa Xn deve ser desactivada quando da desactivação da etapa Xn ou da activação da etapa Xn+1. ? Uma acção que afecta várias etapas é activada na activação da etapa Xn e desactivada na desactivação da etapa Xn+m. ? Todas as acções podem ser controladas por condições lógicas. ? As acções que são controladas por esquemas de segurança ou modos de funcionamento devem ser programadas no pós processamento.
Condições de transição (receptividade)
Cada transição tem associada condições de transição (programada em LD, ST ou IL) que apenas são avaliadas quando a transição a que estão associadas está validada (receptiva). No PL7 Junior uma condição de transição não programada é sempre avaliada como falsa.
Quando as condições de transição são programadas em IL é necessário considerar algumas diferenças para a utilização normal da linguagem: ? Não é utilizada a etiqueta %L. ? Não podem ser utilizadas instruções de acção. ? Não são permitidos saltos nem chamadas a subrotinas.
Estrutura de um programa em Grafcet ( single task )
O programa numa aplicação single task está associado a uma única tarefa principal: MAST. O programa associado com esta tarefa principal pode ser estruturado em diversos módulos. Dependendo ou não de se estar a utilizar GR7, existem duas alternativas.
figura 21
Exemplo de criação e edição de um programa em GR
Descrição do sistema – Portão de Garagem
O portão de uma garagem é accionado por um motor que pode ser comandado remotamente. O sistema de comando dispõe de 2 sensores de fim de curso, do tipo normalmente aberto, que indicam se o portão está completamente fechado (FECHADO) ou completamente aberto (ABERTO). O motor pode ser controlado quanto ao sentido de abertura (ABRIR) ou fecho (FECHAR) do portão. O comando à distância dispõe de um botão de pressão (COMANDO) do tipo normalmente aberto. O funcionamento do sistema é o seguinte: ? Quando é pressionado o botão do comando e o portão está fechado é accionado o motor no sentido ABRIR. O motor manterá este sentido de funcionamento até ser detectado que o portão está aberto ou voltar a ser pressionado o botão do comando. ? Quando é pressionado o botão do comando e o portão está aberto é accionado o motor no sentido FECHAR. O motor manterá este sentido de funcionamento até ser detectado que o portão está fechado ou voltar a ser pressionado o botão do comando. ? Se, enquanto o portão se encontra em movimento (em qualquer um dos sentidos), voltar a ser pressionado o botão do comando o motor para imediatamente. Voltando a pressionar o botão do comando o motor é accionado no sentido contrário ao que se deslocava anteriormente (se estava a FECHAR passa a ABRIR; se estava a ABRIR passa a FECHAR).
Pretende-se desenvolver o sistema de controlo para este portão baseado num autómato programável cuja programação deve ser efectuada através de Grafcet.
Implementação do sistema de controlo
Comece por criar uma nova aplicação. Arranque o software PL7 Junior e seleccione File/New. Identifique o autómato programável com que esta a trabalhar – TSX Micro 37- 21/22 V2.0 – e seleccione Yes na opção de Grafcet.
Configure a aplicação para o seu autómato, defina as variáveis e a tabela de animação. Na janela Application Browser seleccione STATION/ Configuration/ Hardware Configuration : ? Adicione o módulo TSX DMZ 28 DR na posição 1.
? Confirme a alteração no botão.
Na janela Application Browser seleccione STATION/ Variables/ I/O : ? No modulo 1: TSX DMZ 28 DR defina as entradas. ? No modulo 2: TSX DMZ 28 DR defina as saídas.
Entradas Saídas
ABERTO (%I1.1) FECHADO (%I1.2) COMANDO (%I1.5)
ABRIR (%Q2.1) FECHAR (%Q2.2)
tabela 3 – entradas e saídas do controlador
Na janela Application Browser seleccione STATION/ Animation Table/ Create : ? Adicione as variáveis de entrada e de saída à tabela de animação
? Confirme a alteração no botão.
Edição do programa
Abra o editor em Station/Program/MAST Task/Chart. Utilizando a barra de ferramentas que se encontra no fundo da janela de edição construa o diagrama correspondente ao esquema de funcionamento sequencial do sistema.
figura 23 – barra de ferramentas do editor
Para o exemplo actual, o GR7 correspondente deve apresentar o seguinte aspecto.
Após terminar a construção do diagrama deve validá-lo no botão ou através do menu Edit/Confirm. Quando um diagrama é confirmado o seu aspecto altera-se: os objectos passam de vermelho para preto e a delimitação das páginas torna-se cinzenta.
Neste altura podem ser definidas as condições de transição (para as diferentes transições) e programadas as acções (associadas às diferentes etapas).
figura 26 – escolha da linguagem de programação
Neste caso vamos seleccionar a linguagem IL e programar a condição de transição para a transição entre as etapas 0 e 1 (figura 27). Após programar a condição deve validá-la através
do botão. As condições para as restantes transições são programadas de modo semelhante.
figura 27 – definição da condição de transição 0/
A tabela seguinte apresenta as condições de transição para as restantes transições no GR7.
0/1 1/2 1/4 2/3 4/3 3/0 3/5 5/
! LDR %I1.5! LDR %I1.1! LDR %I1.5! LDR %I1.5! LDR %I1.5! LDR %I1.2! LDR %I1.5! LDR %I1.
tabela 4 – condições de transição
A programação das acções é efectua seleccionando a etapa pretendida com o botão direito do rato (ou com o botão esquerdo e de seguida premindo Shift+F10). Comece por seleccionar o tipo de acção associado com a etapa (acção na activação, acção contínua ou acção na desactivação) e de seguida a linguagem em que pretende programar a acção (LD, ST ou IL).
figura 28 – programação das acções
Para este caso vão ser utilizadas acções na activação e acções na desactivação, isto é, que são executadas enquanto a etapa a que estão associadas é activada e quando é desactivada, programadas em IL. A figura seguinte apresenta a programação da acção na activação
associada à etapa 1. Após programar a acção deve validá-la através do botão .As restantes acções são programadas de modo semelhante.
figura 29 – acção na activação da etapa 1
A tabela seguinte apresenta as acções a programar no GR7. Apenas é necessário associar acções às etapas 1 (a abrir) e 3 (a fechar).
1 3 activação desactivação activação desactivação
! LD TRUE
S %Q2.
! LD TRUE R %Q2.
! LD TRUE S %Q2.
! LD TRUE R %Q2. tabela 5 – acções
figura 31 – animação do GR
Em simultâneo pode utilizar a tabela de animação que definiu inicialmente para observar a evolução das variáveis de entrada e saída.
figura 32 – tabela de animação
Tópicos avançados
Temporização de paragem
Considere agora um modo de funcionamento diferente. Ao contrário do que foi especificado inicialmente, quando o portão é parado antes de alcançar o extremo (ABERTO, quando o portão está a ABRIR, ou FECHADO, quando o portão está a FECHAR) e ficar nessa posição até que volte a ser pressionado o botão COMANDO (instante em que se começa a mover no sentido contrário), este deve permanecer imóvel por 30 segundos e, após esse período de tempo, deve começar a mover-se no sentido contrário ao que se movia inicialmente.
Para satisfazer este requisito de funcionamento deve utilizar um objecto específico do Grafcet
- %Xi.T - associado às etapas. Substitua as condições de transição das transições 4/3 e 5/ pelas apresentadas na tabela seguinte.
4/3 5/ ! LD [%X4.T>30]! LD [%X5.T>30] tabela 6 –condições de transição para temporização de paragem
Célula fotoeléctrica
Considere agora que o sistema, retomando o modo de funcionamento inicial, dispõe de um outro sensor. Existe uma célula fotoeléctrica^5 (CELULA), um sensor do tipo normalmente aberto, que detecta objectos atravessados no portão. Considere dois modos de funcionamento distintos.
Paragem
Considere que se, quando o portão está a fechar, a célula detecta um objecto atravessado no portão este pára imediatamente e mantém-se imóvel, sem responder ao botão COMANDO, enquanto se mantiver um objecto atravessado o portão. Quando o objecto deixa de ser detectado retoma o fecho do portão. Este requisito é implementado através de acções condicionais. Para isso acrescente uma acção contínua associado à etapa 3 (A fechar) incluindo um teste ao valor da célula. Também é necessário alterar as condições de transição das transições 3/0 e 3/5 pelas apresentadas na tabela seguinte.
3/0 3/ ! LDR %I1. ANDN %I1.
! LDR %I1. ANDN %I1. tabela 8 – condições de transição para paragem condicionada
Abertura
Considere que se, quando o portão está a fechar, a célula detecta um objecto atravessado no portão este pára imediatamente e após 5 segundos move-se no sentido contrário até estar completamente aberto. Enquanto se mantiver um objecto atravessado o portão mantém-se imóvel sem responder ao botão COMANDO.
Este requisito é implementado recorrendo a macro acções. Para tal deve construir um novo diagrama que representa o funcionamento sequencial do esquema de segurança baseado na célula fotoeléctrica. Os diagramas resultantes são apresentados na figura 33. As condições de transição para o novo GR7 são apresentadas na tabela 9.
(^5) Inclua uma nova variável de entrada – CELULA (%I1.3).
! LD %X ANDN %I1. ST %Q2.
